DE10354586A1

DE10354586A1 - Hydraulischer Nockenwellenversteller und Verfahren zum Betreiben desselben

Info

Publication number: DE10354586A1
Application number: DE2003154586
Authority: DE
Inventors: Jens Dipl.-Ing. Schäfer; Jochen Dipl.-Ing. Auchter; Jörg Dipl.-Ing. Degelmann; Martin Dr.-Ing. Scheidt
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-11-21
Filing date: 2003-11-21
Publication date: 2005-06-16
Also published as: WO2005049976A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller (1) zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle (2) eines Verbrennungsmotors gegenüber dessen Kurbelwelle, der einen mit einem Antriebsrad (5) drehfest verbundenen Außenrotor (3) und einen mit der Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Innenrotor (4) aufweist, wobei der Außenrotor (3) zumindest eine Hydraulikkammer (11) mit radialen Trennwänden (8) und zwei Seitenwänden (9, 10) und der Innenrotor (4) eine Nabe (13) mit zumindest einem Schwenkflügel (18) besitzt, der die Hydraulikkammer (11) in einer Arbeitskammer A und einer Arbeitskammer B öldicht unterteilt, wobei jeder Schwenkflügel (18) zwischen einem "Früh"-Anschlag und einem "Spät"-Anschlag (20, 21) an den radialen Trennwänden (8) durch einen von einem Magnetventil steuerbaren Öldruck hydraulisch schwenkbar ist und zwischen seinen Anschlägen (20, 21) eine Start- bzw. Zwischenposition mit einem zweiten Sackloch aufweist, in das ein von einer Druckfeder (34) belasteter und mit einer hydraulisch beaufschlagbaren Stirnfläche (39) versehener Verriegelungspin (33) ein- und ausriegelbar ist. DOLLAR A Ein funktionssicheres und verschleißarmes Aus- und Einriegeln bei geringem Bauaufwand wird dadurch erreicht, dass der Verriegelungspin (33) zylindrisch ausgebildet und in einer ersten Sackbohrung (32) in der Nabe (13) sowie parallel zu deren Achse öldicht geführt und in eine Verriegelungskulisse (41) eine der beiden Seitenwände (9, 10) ein- bzw. ausriegelbar ist und die ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Nockenwellenversteller zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gegenüber dessen Kurbelwelle, insbesondere nach dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 und des unabhängigen Verfahrensanspruchs 6.
Bei Ottomotoren ist es sinnvoll, die Ventilsteuerzeiten in Abhängigkeit von Motorlast und -drehzahl zu variieren, um unter anderem eine hohe Nennleistung, ein hohes Drehmoment bei mittleren Drehzahlen und einen sicheren Motorstart zu erreichen. Ein einfacher und bewährter Weg dahin besteht in einer Drehwinkelverstellung der Nockenwelle gegenüber der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Dazu dienen z. B. hydraulische Nockenwellenversteller nach dem Drehflügel- oder Flügelzellenprinzip. Während deren Flügel im normalen Motorbetrieb in den Arbeitskammern zwischen einem "Früh"-Anschlag und einem "Spät"-Anschlag durch den wechselnden Ölüberdruck hin und her geschwenkt werden, müssen diese zum sicheren und geräuscharmen Motoranlassen in einer Basis- bzw. Startposition verriegelt sein.
Aus thermodynamischen Gründen ist es bei bestimmten Motorkonzepten sinnvoll, ausgehend von dieser Startposition, sowohl nach „Früh" als auch nach „Spät" verstellen zu können. Das erfordert eine Verriegelung des Nockenwellenverstellers zwischen dem "Früh"-Anschlag und dem "Spät"-Anschlag.

In der DE 198 54 891 A1 ist ein hydraulischer Nockenwellenversteller zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gegenüber dessen Kurbelwelle beschrieben, der einen mit einem Antriebsrad drehfest verbundenen Außenrotor und einen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Innenrotor aufweist, wobei der Außenrotor zumindest eine Hydraulikkammer mit radialen Trennwänden und zwei Seitenwänden und der Innenrotor eine Nabe mit zumindest einem Schwenkflügel besitzt, der die Hydraulikkammer in eine Arbeitskammer A und eine Arbeitskammer B öldicht unterteilt, wobei jeder Schwenkflügel zwischen einem "Früh"-Anschlag und einem "Spät"-Anschlag an den radialen Wänden durch einen von einem Magnetventil steuerbaren Öldruck hydraulisch schwenkbar ist und zwischen seinen Anschlägen eine Start- bzw. Zwischenposition mit einem zweiten Sackloch aufweist, in das ein von einer Druckfeder belasteter und mit einer hydraulisch beaufschlagbaren Stirnfläche versehener Verriegelungspin ein- und ausriegelbar ist.

Der radial angeordnete Verriegelungspin dieser Lösung ist in besonderer Weise der Fliehkraft ausgesetzt, wodurch seine Funktion motordrehzahlabhängig beeinflusst wird. Außerdem sind keine Maßnahmen zum sicheren Einriegeln des Verriegelungspins und zu dessen Fixierung im ausgeriegelten Zustand vorgesehen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Innenrotor eines hydraulischen Nockenwellenverstellers in einer zwischen einem "Früh"-Anschlag und einem "Spät"-Anschlag liegenden Basis- bzw. Startposition funktionssicher und verschleißarm ein- und ausriegelbar zu machen und den dazu erforderlichen Bauaufwand möglichst gering zu halten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs 1 gelöst.

Der Verriegelungspin dient der Verriegelung des Außen- mit dem Innenrotor, wie es für einen sicheren und geräuscharmen Start des Verbrennungsmotors erforderlich ist, da auf diese Weise ein Klappern durch Anschlagen der Schwenkflügel gegen die "Früh" und "Spät"-Anschläge in den ölleeren Arbeitskammern vermieden wird.

Der Verriegelungspin ist in einer ersten Sacklochbohrung der Nabe parallel zu deren Achse öldicht geführt. Im Vergleich zu einer möglichen Anordnung im Außenrotor oder in einer der Seitenwände wird hierdurch eine erhebliche Platzersparnis erzielt, da der Verriegelungspin in der vorliegenden Breite der Nabe vollständig Platz findet. Außerdem bewirkt die achsparallele Lage des Verriegelungspins eine von der Fliehkraft weitgehend unabhängige Funktion desselben.

Der Verriegelungspin kann in eine Verriegelungskulisse einer der beiden Seitenwände ein- und ausgeriegelt werden. Diese befindet sich in einer Start- bzw. Zwischen- oder Mittenposition des Innenrotors. Die Verriegelungskulisse ist zweistufig gestaltet. Die zweite Stufe ist als zweite Sacklochbohrung ausgebildet, die erste Stufe als flache Rinne, die von der zweiten Sacklochbohrung ausgeht und sich in Richtung „Früh"-Anschlagposition und darüber hinaus erstreckt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Schwenkbewegung des Innenrotors am "Früh"-Anschlag durch dessen Schwenkflügel begrenzt wird, während der in der Rinne eingeriegelte Verriegelungspin keinen Anschlag aufweist und deshalb seitenkraft- und somit klemmfrei bleibt.

Der für das Ver- und Entriegeln des Verriegelungspins erforderliche Druck auf dessen Stirnseite wird durch dessen Verbindung zur Arbeitskammer A oder zu einer separaten Öldruckwelle erreicht. Die konstante Strömungsverbindung zwischen der Arbeitskammer A und der Stirnseite des Verriegelungspins ist bezüglich Bauaufwand einfacher, jedoch bezüglich Steuerungsaufwand anspruchsvoller als die Lösung mit separater Öldruckquelle. Diese bietet Vorteile bezüglich der Schaltgeschwindigkeit. Möglich ist jedoch auch eine Verbindung des Verriegelungspins mit der Arbeitskammer B, wobei alle nachfolgend beschriebenen Vorgänge bezüglich der Verbindung des Verriegelungspins mit der Arbeitskammer A sich lediglich umkehren.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, dass im Boden der ersten Sacklochbohrung eine Entlüftungsbohrung und in der ersten Seitenwand eine Nut vorgesehen sind, die sich von der Verriegelungsposition der Entlüftungsbohrung bis zu deren „Früh"-Anschlagsposition erstreckt und in die eine in der ersten Seitenwand angeordnete Drosselbohrung mündet. Auf diese Weise steht die Entlüftungsbohrung in dem Schwenkbereich des Innenrotors, in dem sich der Verriegelungspin im Bereich der Verriegelungskulisse befindet, über die Nut und die Drosselbohrung in Strömungsverbindung mit der Umgebung und ermöglicht so dessen Hubbewegung.

Durch entsprechende Wahl des Drosselquerschnitts der Drosselbohrung kann die Einriegelgeschwindigkeit des Verriegelungspins soweit gesenkt werden, dass ein im Regelbetrieb unerwünschtes Einriegeln desselben sicher vermieden wird.

Von Vorteil ist auch, dass der Durchmesser der zweiten Sacklochbohrung und die Breite der Rinne größer als der Durchmesser des Verriegelungspins sind und die Rinne als ein auf die Nabenachse bezogener Kreisringabschnitt ausgebildet ist. Die gegenüber dem Verriegelungspin größere Abmessung der zweiten Sacklochbohrung und der Rinne erleichtert das Einriegeln des Verriegelungspins. Die Kreisringform der Rinne ist durch die Schwenkbewegung des Verriegelungspins bedingt.

Für bestimmte Anwendungsfälle kann es von Vorteil sein, dass die Verriegelung des Innenrotors in seiner Start- bzw. Zwischenposition mit einer Endlagenverriegelung desselben kombinierbar ist.

Nach einem Abwürgen des Verbrennungsmotors ist es von Vorteil, dass eine den Außenrotor und den Innenrotor verbindende, vorgespannte Spiralfeder vorgesehen ist, die den Innenrotor an den "Früh"-Anschlag zurückdreht. Von dort wird der Verriegelungspin durch das Schleppmoment der Nockenwelle beim Wiederanlassen zu der Zwischen- bzw. Startposition geschleppt und in die zweite Sacklochbohrung eingeriegelt. Danach erfolgt das Anlassen wie nach einem normalen Abstellvorgang.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch den Verfahrensanspruch 6 gelöst, der ein Verfahren zum Ein- und Ausriegeln eines Verriegelungspins eines hydraulischen Nockenwellenverstellers beschreibt, der zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle eines Verbrennungsmotors gegenüber dessen Kurbelwelle dient. Der Nockenwellenversteller weist einen mit einem Antriebsrad drehfest verbundenen Außenrotor und einen mit der Nockenwelle drehfest verbundenen Innenrotor auf. Der Außenrotor besitzt zumindest eine Hydraulikkammer mit radialen Trennwänden und zwei Seitenwänden und der Innenrotor eine Nabe mit zumindest einem Schwenkflügel, der die Hydraulikkammer in eine Arbeitskammer A und eine Arbeitskammer B öldicht unterteilt. Jeder Schwenkflügel ist zwischen einem "Früh"-Anschlag und einem "Spät"-Anschlag an den radialen Wänden durch einen von einem Magnetventil steuerbaren Öldruck hydraulisch schwenkbar. Zwischen den Anschlägen der Schwenkflügel ist eine Start- bzw. Zwischenposition mit einem Sackloch vorgesehen, in das ein von einer Druckfeder belasteter und mit einer hydraulisch beaufschlagten Stirnfläche versehener Verriegelungspin ein- und ausriegelbar ist.

Der Verriegelungspin ist zylindrisch ausgebildet und in einer ersten Sacklochbohrung in der Nabe und parallel zu deren Achse öldicht geführt und in eine Verriegelungskulisse einer der beiden Seitenwände ein- bzw. ausriegelbar.

Die Verriegelungskulisse ist als eine in der Start- bzw. Zwischenposition angeordnete zweite Sacklochbohrung mit einer von dieser ausgehenden flachen Rinne ausgebildet, die sich über die „Früh"-Anschlagsposition des Innenrotors hinaus erstreckt. Die Stirnfläche des Verriegelungspins ist vom Öldruck der Arbeitskammer A oder von einer separaten Öldruckwelle beaufschlagbar.

Erfindungsgemäß wird der Verriegelungspin durch eine entsprechende Öldruckführung in den Arbeitskammern A und B und auf seiner Stirnfläche sicher und klemmfrei in die Verriegelungskulisse ein- und aus derselben ausgeriegelt. Die Führung des Öldrucks ist eine Funktion der Stellung des Magnetventils. Drei verschiedene Positionen des Magnetventils bestimmen die Höhe des Öldrucks und die Strömungsrichtung des Ölstroms.

Ein sicheres und klemmfreies Einriegeln des Verriegelungspins wird dadurch erreicht, dass das beim Abstellen des Verbrennungsmotors stromlos geschaltete Magnetventil die Restölmenge bei druckloser Arbeitskammer A in die Arbeitskammer B leitet, wodurch der noch entriegelte Verriegelungspin ohne Öldruck auf dessen Stirnfläche in Richtung „Früh"-Anschlagposition geschwenkt wird, dabei entweder direkt in die zweite Sacklochbohrung oder spätestens in der „Früh"-Anschlagsposition des Innenrotors in die Rinne einriegelt, durch die hindurch er beim Wiederanlassen mit Hilfe des Wechselschleppmoments der Nockenwelle zur zweiten Sacklochbohrung gelangt und von deren Randbereich gefangen sowie beim Nulldurchgang des Wechselschleppmoments durch die Druckfeder bis zum Boden der zweiten Sacklochbohrung eingeriegelt wird.

Von Vorteil ist auch, dass das Magnetventil zum sicheren und klemmfreien Ausriegeln des Verriegelungspins und zum Erreichen des "Spät"-Anschlags des in Zwischenposition verriegelten Innenrotors die Arbeitskammer A und damit auch die Stirnfläche des in der zweiten Sacklochbohrung eingeriegelten Verriegelungspins mit gedrosseltem Öldruck beaufschlagt. Durch den gedrosselten Öldruck wird der Verriegelungspin klemmfrei entriegelt und der Innenrotor zum "Spät"-Anschlag geschwenkt.

Zum Erreichen des „Frühanschlags" wird zunächst in gleicher Weise gedrosselter Öldruck auf die Arbeitskammer A und damit auf die Stirnfläche des Verriegelungspins gegeben. Erst nach Ausriegeln des Verriegelungspins wird die Arbeitskammer B unter vollen Öldruck gesetzt, wodurch der Innenrotor zum "Früh"-Anschlag ge schwenkt wird. Von Vorteil ist, dass die Drosselung des Öldrucks auf einfache Weise durch eine Mittellage des Magnetventils erreicht wird.

Eine vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung besteht darin, dass bei separater Öldruckversorgung der Stirnfläche des Verriegelungspins der separate Öldruck, unabhängig von dem in den Arbeitskammern A und B herrschenden, beim Ausriegeln des Verriegelungspins und im Regelbetrieb ein- und beim Einriegeln desselben ausgeschaltet bleibt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Ertindung schematisch dargestellt ist. Dabei zeigen:
1 einen Längsschnitt A-A der 2 eines hydraulischen Nockenwellenverstellers mit einem Außenrotor und einem Innenrotor;
2 einen Querschnitt des hydraulischen Nockenwellenverstellers von 1 durch die Dichtebene einer zweiten Seitenwand;
3 bis 11 einen Teil des Querschnitts von 2 mit einem Teilschnitt einer zweiten Seitenwand in der Ebene eines Bodens einer zweiten Sacklochbohrung in unterschiedlichen Schwenklagen des Innenrotors;
3a bis 11a einen Teil des Längsschnitts von 1 mit dem Verriegelungspin und dessen Verriegelungskulisse in der zweiten Seitenwand in den zu den 3 bis 11 passenden Positionen des Verriegelungspins.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Längsschnitt eines hydraulischen Nockenwellenverstellers 1 dargestellt, in 2 ein Querschnitt desselben. Der Nockenwellenversteller 1 dient der Drehwinkelverstellung einer Nockenwelle 2 eines nicht dargestellten Verbrennungsmotors gegenüber dessen ebenfalls nicht dargestellter Kurbelwelle.
Der Nockenwellenversteller 1 besitzt einen Außenrotor 3 und einen Innenrotor 4, wobei der Außenrotor 3 mit einem Antriebsrad 5 und der Innenrotor 4 mit der Nockenwelle 2 drehfest verbunden sind. Das Antriebsrad 5 ist als Kettenrad ausgebildet, das über eine nicht dargestellte Kette mit der ebenfalls nicht dargestellten Kurbelwelle verbunden ist. Diese Verbindung kann in gleicher Weise durch einen Zahnriemen oder durch Zahnräder erfolgen.
Der Außenrotor 3 weist einen Außenring 6 auf, an dessen Innenumfang radial stehende Trennwände 8 angeordnet sind. Diese begrenzen zusammen mit einer ersten und zweiten Seitenwand 9, 10 und einer Nabe 13 des Innenrotors 4 insgesamt vier Hydraulikkammern 11.
Die erste Seitenwand 9 ist einteilig mit dem Antriebsrad 5 ausgebildet. Beide Seitenwände 9, 10 und der Außenrotor 3 sind durch vier Senkkopfschrauben 12 miteinander verspannt.
Der Innenrotor 4 weist eine Nabe 13 auf, die durch eine in die Nockenwelle 2 einschraubbare Spannschraube 14 zusammen mit einer Buchse 15 und einer Öldrehdurchführung 16 verspannt ist.
Die Nabe 13 weist vier radiale Schlitze 17 für vier Schwenkflügel 18 und deren Andruckfedern 19 auf. Letztere stellen einen Mindestanpressdruck der Schwenkflügel 18 sicher.
Die Schwenkflügel 18 unterteilen die Hydraulikkammern 11 öldicht in je eine Arbeitskammer A und B. Durch Differenzdruck in denselben können die Schwenkflügel 18 zwischen einem "Früh"-Anschlag 20 der Arbeitskammer A und einem "Spät"-Anschlag 21 der Arbeitskammer B schwenken und die Steuerzeiten der Nockenwelle 2 entsprechend ändern. Die Anschläge 20, 21 sind als Begrenzungsflächen der radialen Trennwände 8 ausgebildet.
Die erste Seitenwand 9 ist auf der Öldrehdurchführung 16, die zweite Seitenwand 10 auf der Buchse 15 und die Trennwände 8 auf der Nabe 13 gleitgelagert.
Die Arbeitskammern A und B werden von einem nicht dargestellten, reglergesteuerten Magnetventil mit Drucköl versorgt, das über ein Nockenwellenlager 22 und die Öldrehdurchführung 16 sowie deren erste Radialkanäle 23 und deren zweite Radialkanäle 24 in einen inneren Ringkanal 25 und einen äußeren Ringkanal 26 gelangt. Vom inneren Ringkanal 25 fließt das Drucköl über erste radiale Bohrungen 27 einer Öltrennungshülse 28 in einen zweiten, äußeren Ringkanal 29 und von dort über zweite, radiale Bohrungen 30 in die Arbeitskammern A. Vom äußeren Ringkanal 26 gelangt das Drucköl über dritte radiale Bohrungen 31 in die Arbeitskammern B.
In der Nabe 13 des Innenrotors 4 ist in einer ersten Sacklochbohrung 32 ein kreiszylinderförmiger Verriegelungspin 33 öldicht geführt. Der Verriegelungspin 33 ist als Hohlzylinder ausgebildet, in dessen Innern sich eine Druckfeder 34 befindet. Diese stützt sich auf dem Boden der ersten Sacklochbohrung 32 ab und übt eine Axialkraft auf den Verriegelungspin 33 aus, die zum Einriegeln desselben dient.
Im Boden der ersten Sacklochbohrung 32 ist eine erste Entlüftungsbohrung 35 angeordnet, die mit einer Nut 36 in der ersten Seitenwand 9 in Teilen des Verstellbereichs des Innenrotors 4 in Strömungsverbindung steht. Von der Nut 36 führt eine in der ersten Seitenwand 9 befindliche Drosselbohrung 37 außerhalb des Nockenwellenverstellers 1. Sie ist so dimensioniert, dass die Bewegung des Verriegelungspins 33 hinreichend gedämpft ist, um dessen ungewolltes Einriegeln im Regelbetrieb zu verhindern.
In 1 ist der Verriegelungspin 33 in eine zweite Sacklochbohrung 38 in der zweiten Seitenwand 10 eingeriegelt dargestellt. Die Lage der zweiten Sacklochbohrung 38 entspricht einer Mittenstellung der Schwenkflügel 18 zwischen deren "Früh"- und "Spät"-Anschlägen 20, 21. Eine Stirnfläche 39 des Verriegelungspins 33 steht über eine radiale Verbindungsleitung 40, mit dem die Arbeitskammer A mit Drucköl versorgenden inneren Ringkanal 25 in Strömungsverbindung.
Die zweite Sacklochbohrung 38 ist Teil einer Verriegelungskulisse 41, deren Aufbau und Funktion anhand der folgenden Figuren erläutert wird.
In 1 ist eine vorgespannte Spiralfeder 7 dargestellt, die den Außen- und Innenrotor 3, 4 verbindet. Durch sie wird der Innenrotor 4 nach einem Abwürgen des Verbrennungsmotors in die Mittenposition oder an den "Früh"-Anschlag zurückgedreht, von wo aus beim Wiederanlassen der normale Startvorgang erfolgt. Ein Geberrad 42, das durch eine Mutter 43 an der Spannschraube 14 fixiert ist, dient der Ermittlung der Drehwinkellage der Nockenwelle 2.
In 3 und in den nachfolgenden 4 bis 11 ist ein Teil des Querschnitts von 2 mit einem Teilschnitt der zweiten Seitenwand 10 in der Ebene eines Bodens der zweiten Sacklochbohrung 38 in unterschiedlichen Schwenklagen des Schwenkflügels 18 dargestellt.
3a und die nachfolgenden 4a bis 11a zeigen einen Teil des Längsschnitts von 1 mit dem Verriegelungspin 33 und dessen Verriegelungskulisse 41 in der zweiten Seitenwand 10 in den zu den 3 bis 11 passenden Positionen des Verriegelungspins 33.
3 zeigt die Arbeitskammer A mit dem "Früh"-Anschlag 20 und die Arbeitskammer B mit dem "Spät"-Anschlag 21. Der Schwenkflügel 18 steht zwischen den Anschlägen 20, 21 in verriegelter Mittenstellung. Demgemäß ist der Verriegelungspin 33, wie auch aus 3a ersichtlich, in die zweite Sacklochbohrung 38 eingeriegelt. Dies geschieht mit Hilfe der Druckfeder 34.
Erforderlich für das Einriegeln des Verriegelungspins 33 ist eine öldruckfreie Stirnfläche 39 desselben und die Belüftung der ersten Sacklochbohrung 32. Letzteres geschieht über eine im Boden der ersten Sacklochbohrung 32 angeordneten Entlüftungsbohrung 35 und eine sich über einen Teil des Bereichs der Verriegelungskulisse 41 erstreckende Nut 36 sowie eine in die Nut 36 mündende Drosselbohrung 37 der ersten Seitenwand 9 (siehe 4a). Auf diese Weise ist im Bereich einer möglichen Hubbewegung des Verriegelungspins 33 für dessen Belüftung gesorgt.
Aus 4a geht auch noch hervor, dass die Verriegelungskulisse 41 aus der zweiten Sacklochbohrung 38 und einer flachen Rinne 44 besteht, die sich von der Sacklochbohrung 38 bis zu der „Früh"-Anschlagsposition des Verriegelungspins 33 erstreckt. Der Durchmesser der zweiten Sacklochbohrung 38 und die Breite der flachen Rinne 44 sind größer als der Durchmesser des Verriegelungspins 33. Dadurch kann das Drucköl von der radialen Verbindungsleitung 40 zu der Stirnfläche 39 des Verriegelungspins 33 gelangen und diesen ausriegeln bzw. ausgeriegelt halten, wie in 4a dargestellt. Da der Verriegelungspin 33 beim Schwenken des Innenrotors 4 einen Kreisbogen beschreibt, muss die Rinne 44 als ein auf die Schwenkachse bezogener Kreisringabschnitt ausgebildet sein.
Wie aus den 5 und 5a hervorgeht, berührt der Verriegelungspin 33 nicht das Ende der flachen Rinne 44, wenn der Schwenkflügel 18 am "Früh"-Anschlag 20 anliegt. Dadurch ist der Verriegelungspin 33 in dieser Position seitenkraftfrei und kann klemmfrei ein- und ausgeriegelt werden.
Der erfindungsgemäße Nockenwellenversteller funktioniert folgendermaßen:
• Ausriegeln des Verriegelungspins 33 aus der zweiten Sacklochbohrung 38 und Schwenken des Nockenwellenverstellers zum „Spät"-Anschlag 21 bzw. zum „Früh"-Anschlag 20 mit Hilfe des Öldrucks der Arbeitskammern A und B:
Zum Ausriegeln des Verriegelungspins 33 aus seiner Mittenposition (siehe 3, 3a) wird das Magnetventil durch entsprechende Bestromung in die Nähe seiner Mittenlage positioniert, so dass gedrosselter Öldruck in die Arbeitskammer A und damit auch auf die Stirnfläche 39 des Verriegelungspins 33 gelangt. Aufgrund des gedrosselten Öldrucks wird der Verriegelungspin 33 klemmfrei gegen die Federkraft der Druckfeder 34 aus der zweiten Sacklochbohrung 38 heraus geschoben (siehe 4, 4a) und außerhalb derselben in die „Spät"-Anschlagsposition gefahren (siehe 10, 10a und 9, 9a). In dieser Position des Verriegelungspins 33 ist die Entlüftungsbohrung 35 verschlossen, was wegen der in diesem Bereich fehlenden Hubbewegung desselben unkritisch ist.
Um den Nockenwellenversteller in Richtung „Früh"-Anschlag 20 zu verstellen, muss zunächst der gedrosselte Öldruck kurzzeitig auf die Arbeitskammer A geschaltet werden, und zwar mindestens solange, bis der Verriegelungspin 33 vom Boden der zweiten Sacklochbohrung 38 (siehe 6, 6a) bis zu der flachen Rinne 44 angehoben ist (siehe 11, 11a). Dies geschieht aufgrund des gedrosselten Öldrucks klemmfrei. Sodann wird der volle Öldruck auf die Arbeitskammer B geschaltet, bis der Verriegelungspin 33 entlang der flachen Rinne 44 (siehe 7, 7a) zur „Früh"-Anschlagsposition gelangt (siehe 5, 5a). Dabei liegt der Schwenkflügel 18 an dem "Früh"-Anschlag 20 an, während der Verriegelungspin 33 das Ende der flachen Rinne 44 nicht erreicht und somit klemmfrei bleibt.
Die Entlüftungsbohrung 35 steht während dieser Bewegung des Verriegelungspins 33 über die Nut 36 in Strömungsverbindung mit der Drosselbohrung 37 und ermöglicht so dessen Hubbewegung.
• Einriegeln des Verriegelungspins 33:
Im geregelten Betrieb und im Stellbetrieb ist ein Einriegeln des Verriegelungspins nicht erwünscht und auch nicht möglich, da beide Arbeitskammern A und B nur sehr kurzzeitig drucklos und die Schwenkflügel 18 nur kurzzeitig drehmomentfrei sind. Beim Abstellen und Anlassen des Verbrennungsmo tors sollten die Schwenkflügel 18 in Mittenlage verriegelt sein, um deren Klappergeräusch beim Pendeln zwischen den Anschlägen 20, 21 zu vermeiden.
Beim Abstellen des Verbrennungsmotors wird das Magnetventil immer stromlos geschaltet. Dadurch wird der Restöldruck nur auf die Arbeitskammer B geschaltet, wodurch die Schwenkflügel 18 beim Auslaufen des Motors zum "Früh"-Anschlag 20 gelangen (siehe 5, 5a).
Da in diesem Betriebsbereich die Arbeitskammer A und damit die Stirnfläche 39 des Verriegelungspins 33 drucklos sind, kann derselbe auf dem Wege zur „Früh"-Anschlagsposition durch die Federkraft der Druckfeder 34 entweder direkt in die zweite Sacklochbohrung 38 (siehe 6, 6a) oder zumindest in die flache Rinne 44 (siehe 7a oder 5a) einriegeln. Ist letzteres der Fall, werden beim Wiederanlassen die Schwenkflügel 18 durch die Schleppreibung der Nockenwelle 2 in Richtung „Spät" verstellt. Befindet sich der Verriegelungspin 33 noch in der Rinne 44, wird derselbe beim Überfahren der zweiten Sacklochbohrung 38 in diese einriegeln (siehe 3 oder 6), wodurch der Nockenwellenversteller verriegelt ist.
Findet der Wiederstart bei sehr niedrigen Außentemperaturen und entsprechend abgekühltem Verbrennungsmotor statt, kann der Verriegelungspin 33, der beim Auslaufen des warmen Motors in die Rinne 44 eingeriegelt ist, (siehe 5, 5a) aus der ersten Sacklochbohrung 32 wegen zähen Öls nicht weiter austreten. Trotzdem kann der Verriegelungspin 33 beim Wiederanlassen durch das Nockenwellenschleppmoment nicht über die zweite Sacklochbohrung 38 gezogen werden, da er von dem oberen Rand der zweiten Sacklochbohrung 38 gefangen wird (siehe 8, 8a).
• Geregelter Betrieb:
Im geregelten und im Verstellbetrieb darf der Verriegelungspin 33 nicht in die Verriegelungskulisse 41 einriegeln. Das ungewollte Einriegeln kann durch entsprechende Abstimmung der Drosselbohrung 37 verhindert werden. Auf diese Weise arbeitet der Verriegelungspin 33 als hydraulischer Dämpfer. Die Dämpfung verlangsamt das „Ausfahren" des Verriegelungspins 33 so stark, dass dieser im geregelten Betrieb beim Überfahren der Verriegelungskulisse 41 keine Zeit zum Einriegeln findet.
• Alternatives Verfahren zum Aus- und Einriegeln des Verriegelungspins 33 sowie zum Halten der Ausriegelposition desselben:
Anstelle einer Beaufschlagung der Stirnfläche 39 des Verriegelungspins 33 durch den Öldruck der Arbeitskammer A kann dieses auch durch eine separate Öldruckquelle erfolgen. Das Ausriegeln geschieht dann durch Beaufschlagen der Stirnfläche 39 durch einen Öldruck, der die Kraft der Druckfeder 34 überwindet und den Verriegelungspin 33 ausriegelt.
Die Ausriegelung bleibt solange erhalten, wie dieser Öldruck auf die Stirnfläche 39 einwirkt, was für den Regelbetrieb wichtig ist.
Das Einriegeln erfolgt gemäß dem oben beschriebenen Verfahren nach Abschalten des Öldrucks auf die Stirnfläche 39.

1: Nockenwellenversteller
2: Nockenwelle
3: Außenrotor
4: Innenrotor
5: Antriebsrad
6: Außenring
7: Spiralfeder
8: Trennwand
9: erste Seitenwand
10: zweite Seitenwand
11: Hydraulikkammer
12: Senkkopfschraube
13: Nabe
14: Spannschraube
15: Buchse
16: Öldrehdurchführung
17: radialer Schlitz
18: Schwenkflügel
19: Andruckfeder
20: "Früh"-Anschlag
21: "Spät"-Anschlag
22: Nockenwellenlager
23: erster Radialkanal
24: zweiter Radialkanal
25: innerer Ringkanal
26: äußerer Ringkanal
27: erste radiale Bohrung
28: Öltrennhülse
29: zweiter äußerer Ringkanal
30: zweite radiale Bohrung
31: dritte radiale Bohrung
32: erste Sacklochbohrung
33: Verriegelungspin
34: Druckfeder
35: Entlüftungsbohrung
36: Nut
37: Drosselbohrung
38: zweite Sacklochbohrung
39: Stirnfläche
40: radiale Verbindungsleitung
41: Verriegelungskulisse
42: Geberrad
43: Mutter
44: Rinne

Claims

Hydraulischer Nockenwellenversteller (1) zur Drehwinkelverstellung der Nockenwelle (2) eines Verbrennungsmotors gegenüber dessen Kurbelwelle, der einen mit einem Antriebsrad (5) drehfest verbundenen Außenrotor (3) und einen mit der Nockenwelle (2) drehfest verbundenen Innenrotor (4) aufweist, wobei der Außenrotor (3) zumindest eine Hydraulikkammer (11) mit radialen Trennwänden (8) und zwei Seitenwänden (9, 10) und der Innenrotor (4) eine Nabe (13) mit zumindest einem Schwenkflügel (18) besitzt, der die Hydraulikkammer (11) in einer Arbeitskammer A und einer Arbeitskammer B öldicht unterteilt, wobei jeder Schwenkflügel (18) zwischen einem "Früh"-Anschlag und einem "Spät"-Anschlag (20, 21) an den radialen Trennwänden (8) durch einen von einem Magnetventil steuerbaren Öldruck hydraulisch schwenkbar ist und zwischen seinen Anschlägen (20, 21) eine Start- bzw. Zwischenposition mit einem zweiten Sackloch aufweist, in das ein von einer Druckfeder (34) belasteter und mit einer hydraulisch beaufschlagbaren Stirnfläche (39) versehener Verriegelungspin (33) ein- und ausriegelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungspin (33) zylindrisch ausgebildet und in einer ersten Sacklochbohrung (32) in der Nabe (13) sowie parallel zu deren Achse öldicht geführt und in eine Verriegelungskulisse (41) einer der beiden Seitenwände (9, 10) ein- bzw. ausriegelbar ist und die Verriegelungskulisse (41) als eine in der Start- bzw. Zwischen- oder Mittenposition angeordnete zweite Sacklochbohrung (38) mit einer von dieser ausgehenden flachen Rinne (44) ausgebildet ist, die sich über die „Früh"-Anschlagsposition des Innenrotors (4) hinaus er streckt und dass die Stirnfläche (39) des Verriegelungspins (33) vom Öldruck der Arbeitskammer A oder von einer separaten Öldruckquelle beaufschlagbar ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Boden der ersten Sacklochbohrung (32) eine Entlüftungsbohrung (35) und in der ersten Seitenwand (9) eine Nut (36) vorgesehen sind, die sich von der Verriegelungsposition der Entlüftungsbohrung (35) bis zu deren „Früh"-Anschlagsposition erstreckt und in die eine in der ersten Seitenwand (9) angeordnete Drosselbohrung (37) mündet.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der zweiten Sacklochbohrung (38) und die Breite der Rinne (44) größer als der Pindurchmesser sind und die Rinne (44) als ein auf die Nabenachse bezogener Kreisringabschnitt ausgebildet ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelung des Innenrotors (4) in seiner Zwischenposition mit einer Endlagenverriegelung desselben kombinierbar ist.
Nockenwellenversteller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Außen- und Innenrotor (3, 4) verbindende, vorgespannte Spiralfeder (7) vorgesehen ist, durch die der Innenrotor (4) nach Abwürgen des Verbrennungsmotors an den "Früh"-Anschlag (20) zurückdrehbar ist.
Verfahren zum Ein- und Ausriegeln eines Verriegelungspins (33) eines hydraulischen Nockenwellenverstellers (1 ), insbesondere mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Vorrichtungsanspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungspin (33) durch eine entsprechende Öldruckführung in den Arbeitskammern A und B und auf seiner Stirnfläche (39) sicher und klemmfrei in die Verriegelungskulisse (41) eingeriegelt und aus derselben ausgeriegelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einriegeln des Verriegelungspins (33) das beim Abstellen des Verbrennungsmotors stromlos geschaltete Magnetventil die Restölmenge bei druckloser Arbeitskammer A in die Arbeitskammer B leitet, wodurch der noch entriegelte Verriegelungspin (33) ohne Öldruck auf dessen Stirnfläche (39) in Richtung „Früh"-Anschlagposition geschwenkt wird, dabei entweder direkt in die zweite Sacklochbohrung (38) oder spätestens in der „Früh"-Anschlagspositon des Innenrotors (4) in die Rinne (44) einriegelt, durch die hindurch er beim Wiederanlassen mit Hilfe des Wechselschleppmoments der Nockenwelle (2) zur zweiten Sacklochbohrung (38) gelangt und von deren Randbereich gefangen sowie beim Nulldurchgang des Wechselschleppmoments durch die Druckfeder (34) bis zum Boden der zweiten Sacklochbohrung (38) eingeriegelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausriegeln des Verriegelungspins (33) aus der zweiten Sacklochbohrung (38) und zum Erreichen der „Spät"-Anschlagsposition des Verriegelungspins (33) das Magnetventil die Arbeitskammer A und damit dessen Stirnfläche (39) mit gedrosseltem Öldruck beaufschlagt, wodurch derselbe entriegelt und der Innenrotor (4) zum "Spät"-Anschlag (21) geschwenkt wird, während zum Erreichen des "Früh"-Anschlags (20) zunächst in gleicher Weise gedrosselter Öldruck auf die Arbeitskammer A und damit auf die Stirnfläche (39) des eingeriegelten Verriegelungspins (33) gegeben wird und erst nach Ausriegeln desselben die Arbeitskammer B unter vollem Öldruck gesetzt wird, durch den der Innenrotor (4) zum "Früh"-Anschlag (20) geschwenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselung des Öldrucks durch eine Mittellage des Magnetventils erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei separater Öldruckversorgung der Stirnfläche (39) des Verriegelungspins (33) dieser Öldruck, unabhängig von dem in den Arbeitskammern A und B herrschenden, beim Ausriegeln des Verriegelungspins (33) und im Regelbetrieb ein- und beim Einriegeln desselben ausgeschaltet bleibt.